KR20050071705A - 고압 방전 램프 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이온화가능 충전물을 포함하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1) 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 램프는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)를 포함하고, 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)는 3 mm3 내지 30mm3의 범위의 부피와 실온에서 0.1 MPa 내지 4 MPa 범위 내부 충전 압력의 방전 공동(3)을 갖는 방전 용기(2)를 포함한다. 나아가, 본 발명은, 세 부분으로서 설계되는 종단 폐쇄 시공, 즉 감소된 틈(11)을 갖는 두 부분 또는 한 부분 종단 폐쇄 장치(4)에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 예컨대 전조등 애플리케이션(head lighting applications)에서 사용되는 자동차 램프(automotive lamp)와 같은 고압 방전 램프(high-pressure discharge lamp)에 관한 것으로, 고압 방전 램프는 적은 부피 및 높은 충전물 압력(high filling pressure)을 갖는 방전 공동(discharge cavity)을 둘러싸는(enclose) 세라믹 방전 용기(ceramic discharge vessel)를 포함하고, 상기 충전물(filling)는 바람직하게는 이온화가능(ionisable)이다. 특히, 본 발명은 내경(internal diameter)에 의하여 특징지워지는 방전 공간을 둘러싸는 세라믹 벽을 갖는 실질적으로 실린더형 방전 용기를 포함하는 금속 할로겐화물 램프(metal halide lamp)에 관한 것이다. 상기 방전 용기는, 안에 전극이 배치되는 종단 폐쇄 장치(end closure devices)에 의하여 폐쇄되고, 상기 전극들의 끝은 상호 간격을 가지며, 상호 간격 사이에는 방전이 유지된다. 상기 전극은 관통 소자(feed-through element)에 의하여 전기 전류 도전체에 접속되며, 관통 소자는 꼭 맞게 상기 종단 폐쇄 장치로 튀어들어가고 여기에 접속 수단의 도움으로 가스 밀폐 방식(gas tight manner)으로 접속된다. 상기 방전 용기는 이온화가능 충전물로 충전된다. 상기 충전물은, 예컨대 크세논(Xenon)과 같은 비활성 가스와 이온화가능 염(ionisable salts)을 포함한다. 특히, 본 발명은 방전 공동 부피가 감소되고 실온에서 충전물 가스 압력이 증가된 고압 버너에 관한 것이다.
고압 방전 램프 및 관련 제조 공정은 종래기술로부터 알려져 있다. 그럼에도 불구하고, 종래기술로부터 알려진 단점들을 회피하는 상기 고압 방전 램프 제조 방법을 제공하는 것이 여전히 필요하다. 상기 고압 충전물로 인하여, 상기 방전 용기를 가스 밀폐하면 여러 가지 문제가 생긴다. 가스 밀폐 밀봉(gas tight sealing)을 위하여 상기 방전 용기를 가열하면, 상기 내부 충전물은 팽창하거나 증발한다. 결과적으로, 충전물 가스 팽창은 밀봉의 품질을 나쁘게 만들고, 충전물 염의 증발은 예상치 못한 램프 특성을 가져온다. 팽창하는 가스는 밀봉을 상기 방전 용기 외부로 밀어내는 경향이 있기 때문에, 밀봉이 재생할 수 없는 길이에 이르게 된다는 점에 상기 밀봉의 특징이 있다. 더욱이, 상기 밀봉은 균열(crack)을 일으키는 가스 거품과 같은 결점을 포함할 것이고, 이는 밀봉의 기계적 힘을 약화시켜, 누설을 일으킬 것이다.
상기 충전물의 팽창 또는 증발을 방지하기 위하여, 대체 밀봉 공정을 찾기 위한 여러가지 시도가 있어 왔다.
WO 00/67294호는 고압 방전 램프, 특히 가스가 충전된 바깥 전구(gas filled outer bulb)에 의하여 포위되는 매우 작고, 매우 고압으로 충전된 용기를 갖는 금속 할로겐화물 램프를 개시한다.
상기 램프는 매우 콤팩트한 치수의 방전 용기를 갖고 있다는 장점으로 인하여, 모터 운송수단(motor vehicles)의 전조등 애플리케이션용으로 매우 적합하다. 전극 간격에 비하여 작은 방전 용기 내경(internal diameter)으로 인하여, 방전 아크(discharge arc)가 충분히 직선이고, 그것의 광 방출 표면은 충분히 예리하게 제한되어, 자동차 전조등, 특히 복잡한 모양의 반사경(reflector)을 갖는 전조등의 광원으로서 사용될 수 있다.
하지만, 기존의 램프에는, 램프를 가스 밀폐하기 위하여 상기 램프의 방전 용기를 가열하는 동안 상대적으로 초기 충전물을 손실하게 된다는 단점이 있다. 이는 잘못된 색채 포인트 설정(colour point setting) 및 색채 불안정성(colour instability)을 일으킨다. 또한, 상기 방전 용기를 가스 밀폐 폐쇄하는 동안 재생할 수 없는 초기 밀봉 세라믹 길이, 즉 높은 램프 동작 온도 범위 내에서 밀봉 세라믹 균열 작용이라는 단점이 있어, 밀봉에 누설을 일으킨다. 나아가, 상기 방전 용기 종단 시공 설계(discharge vessel end construction design)은 상기 관통 바깥 표면과 세라믹 플로그 안쪽 벽 간에 넓은 틈새(clearance)를 포함하여, 색채 불안정성을 일으킨다. 이러한 단점들은 현재의 밀봉 공정에 의해 유발되거나, 현재의 밀봉 설계에 관련이 있다. 실제로, 상기 공정은 상기 충전된 방전 용기의 표면을 너무 많이 가열하고 있고, 상기 설계는 상기 관통부와 상기 세라믹 플러그 간에 너무 큰 틈새를 남겨두고 있다. 게다가, 관통부 및 세라믹 플러그 양자 모두는 부적절한 열 기계적 부합 재료(thermo mechanically matching materials)로 만들어진다.
미국특허 제5,810,635 A1호는, 열 기계적 부합 합성 재료로 만들어지는, 플로그에 삽입되는 핀 모양 관통부를 포함하는 고압 방전 램프용 세라믹 방전 용기를 개시한다. 관통부는 직접 플러그로 소결된다(sintered). 추가로, 상기 관통부는, 세라믹 밀봉 재료로 방전 용기로부터 방향 전환(facing away)하는 주변 영역을 커버함으로써, 플러그에 밀봉된다. 본 발명의 주요 목적은 장시간의 가스 밀폐를 얻는 것인데, 이는 먼저 합성 플로그에 소결되는 관통부의 꼭 맞음에 의하여 보장되고, 다음으로는 소결 맞음이 느슨해질 때 방전 용기로부터 방향 전환하는 세라믹 재료를 밀봉함으로써 보장된다. 세라믹 방전 용기 폐쇄의 순서가 첫째로 중요하다. 우선, 소결된 관통부를 갖는 합성 플로그는 용기의 종단에 소결되고, 그 후 하나의 튜브 모양 관통부에 위치되는 작은 홀(hole) 또는 방전 용기 측면 홀을 통하여 충전이 행해진다. 결국, 작은 구멍(aperture)은 폐쇄된다. 본 발명은 유리원료 길이(frit length) 밀봉, 관통부와 세라믹 플러그 간의 틈새, 및 플러그를 폐쇄하는 동안 충전된 방전 용기를 가열하는 것의 문제점을 해결하고 있다.
하지만, 미국특허 제5,810,635 A1호에서 언급되는 종단 시공 설계 및 공정에는 두 개의 주요한 단점이 있다는 것이 드러난다. 먼저, 튜브 모양 관통부 설계, 즉 충전물이 방전 공동으로 주입될 수 있는 측면이 뚫린 방전 용기 설계는 매우 작고 콤팩트한 버너에서는 매우 어렵다. 더욱이, 튜브 모양 관통부 설계는, 그 부분들 중 하나가 도성합금(cermet)과 같은 얇은 합성 재료로서 보통 만들어지기 때문에 매우 어렵다. 결과적으로, 개시된 램프 제조에 관한 제안된 공정 순서, 즉 방전 용기를 먼저 폐쇄하고 그 후 그것을 충전하는 것은 매우 콤팩트한 버너에는 적용될 수 없다.
전술한 램프는, 자동차 애플리케이션용으로 하기에는 내부 가스 충전물 압력이 너무 낮고 부피는 너무 크다는 단점이 있다.
본 발명은 도 1 내지 도 11을 참조하여 더 설명될 것이다.
도 1은 장축을 따른 제1 세라믹 가스 밀폐 고압 버너의 단면도.
도 2는 장축을 따른 제2 세라믹 가스 밀폐 고압 버너의 단면도.
도 3은 장축을 따른 제3 세라믹 가스 밀폐 고압 버너의 단면도.
도 4는 장축을 따른 제4 세라믹 가스 밀폐 고압 버너의 단면도.
도 5는 장축을 따른 제5 세라믹 가스 밀폐 고압 버너의 단면도.
도 6은 관통(feed-through) 없이 방전 용기에 접속되는 종단 폐쇄 장치(end closure device)의 상세 단면도.
도 7은 방전 용기 및 관통부에 접속되는 종단 폐쇄 장치(end closure device)의 상세 단면도.
도 8은 제1 종단 폐쇄 부재 프로파일의 단면도.
도 9는 제2 종단 폐쇄 부재 프로파일의 단면도.
도 10은 제3 종단 폐쇄 부재 프로파일의 단면도.
도 11은 제4 종단 폐쇄 부재 프로파일의 단면도.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 작은 부피 및 높은 내부 가스 충전물 압력의 방전 공동(discharge cavity)을 갖는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(ceramic gas tight high-pressure burner)가 개시된다. 본 버너는 위에서 요약한 종래기술의 단점을 극복하고, 게다가 향상된 부식 저항(corrosion resistance)을 갖는다.
본 발명의 제2 태양은 세라믹 가스 밀폐 고압 방전 용기를 포함하는 램프를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 대량 생산으로 구현될 수 있는 상기 세라믹 가스 밀폐 고압 버너의 제조 공정을 제공하는 것이다.
세라믹 가스 밀폐 고압 버너(ceramic gas tight high-pressure burner)는, 특정 부피의 방전 용기에 배치되는 특정 압력의 이온화 가능 충전물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 방전 용기 공동의 부피는 3 mm3 내지 30 mm3의 범위에 있다. 상기 방전 용기 충전물 가스 압력은 0.1 MPa 이상, 바람직하게는 실온(room temperature)에서 0.5 MPa 내지 4 MPa 범위인 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 버너 설계의 소형화는, 이온화가능 충전물이 첨가되는 방전 공동의 부피가, 바람직하게는 3 mm3 내지 20 mm3의 범위에, 가장 바람직하게는 3 mm3 내지 15 mm3의 범위에 있도록 한다.
상기 이온화가능 충전물은 Hg을 포함할 수 있고 또는 완전히 Hg가 없을 수도 있다.
무수은(mercury-free) 이온화가능 충전물을 사용함으로써, 환경을 오염시킬 가능성이 감소된다.
상기 이온화가능 충전물에 화합물로서 Hg를 주입하면, 일정한 부피에서 Hg가 없는 것보다 낮은 내부 가스 충전물 압력을 사용할 수 있다.
방전 공동의 내부 가스 충전물 압력은 0.1 MPa 이상이고, 바람직하게는 실온에서 0.3 MPa 내지 5.84 MPa의 범위에, 바람직하게는 0.4 MPa 내지 5 MPa의 범위에, 가장 바람직하게는 0.5MPa 내지 4Pa의 범위에 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "실온"은 21℃ 온도로서 규정된다.
버너 전력은 5 W 내지 50 W의 범위에, 바람직하게는 20 W 내지 35 W의 범위에, 가장 바람직하게는 22 W 내지 32 W의 범위에 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 버너는 관통부를 방전 용기에 가스 밀폐 접속하는 적어도 하나의 접속 수단을 포함하는 적어도 하나의 종단 폐쇄 장치를 포함한다.
램프는, 관통부가 안에 배치되는 적어도 하나의 관통 개구를 갖는 적어도 하나의 종단 폐쇄 부재를 포함하는 적어도 하나의 종단 폐쇄 장치를 포함할 수 있고, 이에 의해 상기 종단 폐쇄 부재는 방전 용기에 직접 가스 밀폐 접속되고 관통부는 접속 수단에 의해 종단 폐쇄 부재에 가스 밀폐 접속된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 가스 밀폐 고압 버너는 적어도 하나의 종단 폐쇄 부재를 포함하는 적어도 하나의 종단 폐쇄 장치를 포함한다. 상기 종단 폐쇄 부재는, 안에 관통이 배치되는 적어도 하나의 관통 개구를 갖는다. 접속 수단은 종단 폐쇄 부재를 방전 용기에 가스 밀폐 접속하고 있고, 접속 수단은 관통부를 종단 폐쇄 부재에 가스 밀폐 접속하고 있다.
방전 용기에 적합한 재료는, 실질적으로 Al2O3로 만들어지는 다결정 알루미나(polycrystalline alumina; PCA)이다. 이 PCA 재료는 약 8·10-6K-1의 열 팽창 계수(thermal expansion coefficient)를 갖고, 보통 용접 가능하지 않다.
세라믹 가스 밀폐 고압 버너는 설계에 의한 틈(crevics)을 포함하고, 상기 틈은 튜브 모양일 수 있고 그리고/또는 0 mm3 이상 및 1.7 mm3 이하의 부피를 갖는다. 바람직하게는, 상기 틈은 0 mm3 내지 1.2 mm3범위에 있는 부피를 갖고, 가장 바람직하게는 틈은 0 mm3 내지 0.3 mm3 범위의 부피를 가지며, 이에 의해 틈은 방전 용기를 마주 보는 개방된 종단부를 갖는다.
본 발명에 따르면, 틈은 가스 밀폐 밀봉된 관통부와, 상기 관통부가 배치되고 밀봉되는 부분 간의 공간이다. 틈의 다른 정의는, 관통부가 상기 관통 개구에 배치되고 가스 밀폐 밀봉된 후의, 관통 개구의 잔여 공간이다. 더 정확하게는, 틈은 관통 개구 부피로부터 관통 부분 부피를 감산한 것으로부터 남는 부피이다. 실제로는, 관통부 접속 공정 후에 접속 수단의 부피도 관통 개구 부피로부터 감산된다.
틈 모양은 튜브 모양이라고 설명될 수 있고, 바람직하게는 안쪽 돌출부의 중심이 바깥쪽 튜브의 중심이기도 하다. 튜브 모양은 길이와 같은 여러가지 파라미터로 결정될 수 있다. 틈 길이는, 관통 입구 개구(feed-through entry opening)와 관통 출구 개구 간의 길이로부터 관통 개구에 있는 접속 수단에 의하여 충전되는 길이를 감산하는 것으로부터 발생하는 길이이다. 다른 파라미터는 그것의 폭이다. 틈의 폭은, 관통 개구의 표면의 반경으로부터 관통부의 바깥 표면의 반경을 감산한 것으로부터 발생하는 길이이다. 틈의 폭은 다음의 공식으로 얻어질 수 있다.
폭 = 0.5 x ("관통 개구의 직경" - "관통부의 직경")
틈의 부피는 다음의 공식으로 얻어질 수 있다.
부피 = 0.25π x (("관통 개구의 직경")2 - ("관통부의 직경")2) x ("돌출의 길이")
틈의 길이(L), 관통부의 직경(Di) 및 관통 개구의 직경(Da)의 전형적인 값은 다음의 표로부터 취해질 수 있다.
| L [㎛] | Di [㎛] | Da [㎛] |
| 0 ... 10.000 | ≒ 500 | ≒ 540 ... 580 |
틈에 의해 유발되는 단점들을 회피하기 위하여, 이것의 부피는 0이어야 한다. 바람직하게는, 틈의 길이(L)는 0이어야 한다.
본 발명에 따른 접속 수단은 고압 버너의 적어도 두 개의 콤포넌트를 가스 밀폐 접속하기 위해 사용되는 수단이다. 재료에서의 응력 증강(stress build up) 및 균열을 회피하기 위하여, 접속 수단이, 접속될 콤포넌트와 대략 동일한 열 팽창 계수를 갖는 것이 중요하다. 본 발명에서 소개되는 바와 같은 접속 수단은 용접(welding), 레이저 용접, 저항 용접, 솔더링(soldering), 납땜(brazing), 접착 재료(adhesive materials)로 결합(bonding), 프라이머리 성형(primary shaping), 소결, 밀봉, 또는 전술한 재료의 임의의 조합을 위하여 사용되는 재료를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방전 용기와 폐쇄 부재 간의 접속은 순수한 소결, 즉 여분의 접속 수단 없이 이루어질 수 있다. 이러한 경우에, 종단 폐쇄 부재는 플러그 또는 코르크처럼 성형된다. 이것은 제조 공정을 간략하게 하고 재료를 절약하도록 한다.
하지만, 가스 밀폐 버너를 얻기 위하여 어떠한 종단 폐쇄 장치 없이 접속 수단을 사용하는 것은, 추가적인 재료를 절약할 뿐만 아니라 제조 공정을 간략하게 한다.
관통부를 종단 폐쇄 부재에 가스 밀폐 접속하고 종단 폐쇄 부재를 방전 용기에 가스 밀폐하기 위한 접속 수단은 밀봉제(sealants), 용접 솔기(welding seams), 및/또는 접착 재료를 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 이러한 재료 및 공정을 사용함으로써, 가스 밀폐 접속이 달성될 수 있다.
관통부를 종단 폐쇄 장치에 접속하는 것은 종단 폐쇄 장치 관통 개구의 여러 위치에서 수행될 수 있다. 방전 용기로부터 접속 위치가 멀 수록, 틈은 더 커진다. 램프 동작 동안, 이온화가능 염은 디믹스(de-mix)할 수 있고, 이들은 응축한다(condensate). 몇몇 화합물은 방전 용기의 구석에서 응축한다. 몇몇은 상기 틈에 위치되는 버너의 가장 차가운 지점으로 이주할 수 있다. 그 후, 밀봉에 대항하여 틈의 맨 끝에 위치되는 램프의 가장 차가운 지점에서의 그리고 틈을 따른 여러 장소에서의 이들 염은 염 풀(salt pool)을 형성한다. 상기 풀은 램플 색채 포인트가 불안정하게 한다. 이러한 큰 문제점 외에도, 밀봉에 대항하여 위치되는 염 풀은 그것을 부식시킨다. 참으로, 틈은 버너 내의 온도 변화(temperature gradient)를 강조하고 염 디믹싱을 조장하여, 색채 불안정성을 일으킨다. 나아가, 틈의 염 풀은 밀봉을 부식시키는 경향이 있기 때문에, 이들은 버너의 수명을 짧게 한다. 틈의 형성을 막기 위해서는, 관통부의 접속은 이상적으로 방전 용기를 마주하는 가장 안쪽의 관통 개구에, 즉 방전 용기의 종단 개구에 위치되어야 한다.
바람직하게는, 세라믹 가스 밀폐 고압 버너는 종단 폐쇄 부재를 갖고, 상기 종단 폐쇄 부재는 적어도 하나의 통과 관통 개구(through-going feed-through opening)를 가지며, 통과 관통 개구의 단면은 대칭축을 따라 변한다.
틈에 의해 유발되는 색채 불안정 및 부식 문제는, 종단 폐쇄 장치 관통 개구의 바깥 단면이 종단 폐쇄 장치 관통 개구의 안쪽 단면보다 크거나 같으면, 완화되거나 회피될 수 있다는 것이 발견되었다. 이러한 관통 개구 기하학은 방전 용기를 마주하는 종단 폐쇄 부재의 가장 안쪽의 관통 개구 단면에 위치되는 종단 폐쇄 부재 내의 관통부의 가스 밀폐 접속을 가능하게 한다. 대칭 축을 따른 관통 개구의 바람직한 프로파일은 콘, 타원체, 포물선, 쌍곡선, 반구체, T 모양 프로파일, 및/또는 이들의 조합이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 방전 용기를 마주하는 가장 안쪽의 종단 폐쇄 부재 측, 즉 전극 근처의 관통부와 종단 폐쇄 부재 간의 가스 밀폐 접속을 가능하게 하기 위하여, 관통 개구는, 바람직하게는 V 모양 프로파일로 성형되어, 기본적으로 틈이 형성되지 않는다.
주요 대칭축에 수직인 표면을 따른 관통 개구 단면은 임의의 모양을 가질 수 있다. 바람직하게는, 그것은 원, 타원, 삼각형 또는 사각형 프로파일이다. 또한 안쪽 및 가장 바깥쪽의 단면은 일치하거나 비슷할 수 있다.
종단 폐쇄 장치 재료는, 밀봉 공정 및 후의 동작 버너의 열 사이클 동안 응력 또는 균열이 발생하지 않도록, 방전 용기의 열 팽창 계수와 일치하는 열 팽창 계수를 가져야 한다. 그러므로, 종단 폐쇄 장치, 바람직하게는 종단 폐쇄 부재 및/또는 접속 수단은 금속, 바람직하게는 Mo, 코팅된 금속, 바람직하게는 Mo 또는 Al2O3로 코팅된 Ta, 금속 합금, 바람직하게는 도성합금의 Mo3Al과 같은 상호금속(inter-metallic), 및/또는 세라믹, 바람직하게는 Al2O3로 만들어진다. 종단 폐쇄 장치가 도성합금 재료로 만들어지면, 바람직하게는 그것은 기능적으로 변화된 재료(functionally graded material)이다.
본 발명에 따라 사용되는 적합한 도성합금 재료는 적어도 화합물 A 및 B의 실질적으로 연속적인 변화도를 갖고, 이에 의해 재료 화합물 A의 농도는, 재료 화합물 B의 농도가 감소하는 것과 동일한 정도로 증가한다. 바람직하게는, 농도 변화도는 임의의 선형 또는 비선형 함수에 의하여 설명될 수 있다.
바람직하게는, 화합물 A 및 B의 중량비는, 하나의 종단이 방전 용기의 팽창 계수와 일치하도록, 증가한다. 예컨대, 방전 용기가 팽창 계수가 8·10-6K-1인 Al2O3로 만들어지면, 상기 화합물 중 하나는 이 계수에 일치할 수 있다. 방전 용기가 다른 재료, 예컨대 YAG, YbAG 또는 AIN으로 만들어지면, 상기 화합물 중 하나는 그것의 팽창 계수와 일치하도록 선택될 것이다. 다른 종단은 용접가능이어야 한다.
적어도 합성물 A 및 B의 변화도를 포함하는 도성합금 재료는, 재료 합성물 A 및 B의 농도가 일정한 바깥 층을 갖는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 대향하는 최상위 및 최하위 층 세트의 화화물 A 및 B의 중량 퍼센트 비율은, 최상위 층이 100% 이하의 중량 % A 및 0 이상의 중량 % B를 포함하고, 최하위 층은 100% 이하의 중량 % B 및 0 이상의 중량 % A를 포함한다. 선택적으로, 최하위 층은 100% 이하의 중량 % A 및 0 이상의 중량 % B를 포함하고, 최상위 층은 100% 이항의 중량 % B 및 0 이상의 중량 % A를 포함한다.
상기 층은 0 내지 500 ㎛, 바람직하게는 0 내지 50 ㎛, 가장 바람직하게는 0 내지 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
화합물 A는 Al2O3일 수 있고 화합물 B는 Mo일 수 있다. 다른 화합물은 동일하게 변화된, 또는 변화되지 않은 방식으로 A 및 B에 추가적으로 혼합될 수 있다.
약 8·10-6K-1의 다결정 알루미나 방전 용기의 팽창 계수와 팽창 계수 α(T)가 일치하는 물질도 본 발명을 위하여 사용될 수 있다. 이러한 물질은, 298 K ≤ T ≤ 2174 K의 범위에 있는 온도 T에 대하여 이들의 팽창 계수 α(T)가 4·10-6K-1 ≤ α(T) ≤ 12·10-6K-1 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 물질은 종단 폐쇄 장치 및 접속 물질로부터 유도되는 금속 할로겐 요오드화물(metal halogenide iodides) 및/또는 산화물에 대하여 저항력이 있다.
이롭게도, 방전 용기의 적어도 하나의 종단 부분은 적어도 부분적으로 층으로 코팅된다. 상기 층은 접속 수단의 결합을 향상시키고, 이에 의해 층은, 방전 용기와 종단 폐쇄 장치 간의 접착력에 비교하여, 방전 용기와 접속 수단 간에, 그리고/또는 접속 수단과 종단 폐쇄 장치 간에 더 높은 접착력을 제공한다.
바람직하게는, 층은 종단 폐쇄 장치와 방전 용기의 종단 부분 간에 적어도 부분적으로 위치된다.
이 코팅 층은 방전 용기 소결 공정의 발화 단계(firing step) 전에 녹색 상태(green state)의 방전 용기에 적용된다. 이러한 층은 종단 폐쇄 장치와 방전 용기 간에 더 강한 가스 밀폐 접속을 제공한다.
본 발명의 제2 태양은 상기 세라믹 가스 밀폐 고압 버너를 포함하는 램프를 제공하는 것이다. 바람직하게는, 상기 버너를 포함하는 램프는 전조등에 배치된다. 바람직하게는, 이러한 전조등은 자동차 부문, 특히 자동차 산업에서 사용되지만, 이러한 사용에만 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제3 태양은, 적어도 하나의 종단 폐쇄 장치와, 적어도 두 개의 관통 부분과, 적어도 하나의 종단 개구를 갖는 적어도 하나의 방전 용기를 포함하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너를 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은,
i) 적어도 하나의 개구를 통하여 이온화가능 충전물로 방전 용기를 충전하는 단계, 및
ii) 안에 관통부를 배치함으로써 상기 개구를 폐쇄한 후에, 상기 관통부를 종단 폐쇄 장치 및/또는 방전 용기에 가스 밀폐 접속하는 단계 - 이에 의해, 가스 밀폐 고압 버너가 얻어짐 -
를 포함한다.
바람직하게는, 개구는 관통 개구이다. 관통 개구를 통하여 방전 용기를 충전하고, 그 후 관통 개구를 가스 밀폐 폐쇄함으로써, 접속 공정에 의해 유발되는 열의 영향이, 방전 용기의 종단 개구로의 종단 폐쇄 장치의 동등한 폐쇄 공정에 의하여 유발되는 열 충격보다 더 낮다. 참으로, 관통 개구를 폐쇄하는 것은 국지적이고 매우 빠른 가열을 요구한다.
높은 내부 가스 충전물 압력을 달성하고 소결 동안 가열의 충격을 감소시키기 위하여, 폐쇄 공정, 즉 밀봉 공정에 대하여 필요로되는 시간을 최소화하는 것이 필요하다.
전술한 공정의 소결 시간은 0 초 내지 10초, 바람직하게는 0 초 내지 5초, 가장 바람직하게는 0 초 내지 2.5 초의 범위에 있다.
도 1은, 방전 공동(3)을 갖는 방전 용기(2), 두 개의 종단 폐쇄 장치(4), 및 각각 전극(6)을 갖는 두 개의 관통부(5)를 포함하는 제1 세라믹 가스 밀폐 고압 버너를 도시한다. 방전 용기(2)는 세 개의 부분, 즉 방전 용기(2)의 종단 부분(7)과 캡 모양 종단 폐쇄 부재(cap-shaped end closure member; 9) 간에 위치되는 제1 접속 수단(10a)처럼 작동하는 밀봉제(sealant)와, 캡 모양 종단 폐쇄 부재(9)와, 종단 폐쇄 부재(9)와 관통부(5)를 접속하는 제2 접속 수단(10b)처럼 작동하는 레이저 용접 솔기(laser welding seam)로 만들어지고, 이에 의하여 방전 용기(2)의 중심 부분은 방전 공동(3)을 형성하고 두 개의 잔여 주변 부분은 종단 개구(end opening; 8)를 갖는 종단 부분(7)을 형성한다. 종단 개구(8)를 갖는 종단 부분(7)은 튜브를 형성한다. 튜브 모양 종단 부분들(7)과 두 개의 종단 개구들(8)은 방전 용기(2)의 반대편에 위치된다. 세라믹 가스 밀폐 버너(1)를 얻기 위하여, 각각의 종단 개구(8)는 대응하는 종단 폐쇄 장치(4)에 의하여 가스 밀폐 폐쇄된다. 종단 폐쇄 장치(4)는 종단 폐쇄 부재(9) 및 접속 수단(10a, 10b)을 포함한다. 종단 폐쇄 장치(4), 더 정확하게는 종단 폐쇄 장치(4)의 종단 폐쇄 부재(9)는 방전 용기(2)에, 더 정확하게는 방전 용기(2)의 종단 부분(7)에 제1 접속 수단(10a)에 의하여 접속된다. 종단 폐쇄 장치(4)는 안에 관통부(5)를 배치하기 위한 관통 개구를 갖는다. 관통부(5)는 제2 접속 수단(10b)에 의해 종단 폐쇄 장치(4)에 가스 밀폐 접속되어, 실온(room temperature)에서 부피 V 및 내부 가스 압력 p의 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)가 얻어진다.
도 2는 방전 공동(3)을 갖는 방전 용기(2)와, 두 개의 종단 폐쇄 장치(4)와, 각각 전극(6)을 갖는 두 개의 관통부(5)를 포함하는 제2 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)를 도시한다. 방전 용기(2)는, 각각 종단 개구(8)를 갖는 두 개의 튜브 모양 종단 부분(7) 및 방전 공동(3)을 포함하는 한 부분의 튜브 모양 방전 용기(2)이다. 튜브 모양 종단 부분들(7) 및 두 개의 종단 개구들(8)은 방전 용기(2)의 반대 편에 위치된다. 가스 밀폐 버너(1)를 얻기 위하여, 각각의 종단 개구(8)는 대응하는 종단 폐쇄 장치(4)에 의해 가스 밀폐 폐쇄된다. 종단 폐쇄 장치(4)는 하나의 종단 폐쇄 부재(9) 및 접속 수단(10b)을 포함한다. 종단 폐쇄 장치(4), 더 정학하게는 종단 폐쇄 장치(4)의 종단 폐쇄 부재(9)는 방전 용기(2)에, 더 정확하게는 방전 용기(2)의 종단 부분(7)에 제1 접속 수단 없이, 즉 소결에 의해 접속된다. 종단 폐쇄 부재(4)는 종단 개구(8)에 꼭 맞는다. 종단 폐쇄 장치(4)는 관통부(5)가 배치되는 관통 개구를 갖는다. 관통부(5)는 제2 접속 수단(10b)에 의해 종단 폐쇄 장치에 가스 밀폐 접속되어, 부피 V 및 내부 가스 압력 p를 갖는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너가 얻어진다. 제조상의 허용오차로 인하여, 종단 폐쇄 장치(4)의 관통 개구(12)와 관통부(5) 간에 틈(11)이라 불리는 작은 갭(gap)이 있다.
도 3에는, 제3 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)가 도시된다. 버너 구성은 도 1에 도시된 버너와 유사하다. 도 1과 비교하여, 도 3에 도시된 방전 용기(2)는, 종단 개구(8)을 갖는 튜브 모양 종단 부분(7) 및 방전 공동(3)을 포함하는 튜브로서 성형되는 한 부분의 방전 용기(2)이다. 각각의 개구(8)는 종단 폐쇄 장치(4)에 의하여 커버되고 종단 폐쇄 장치(4)에 접속된다. 전극(6)을 갖는 관통부(5)를 안에 배치하는 관통 개구를 갖는 종단 폐쇄 장치(4)는 종단 폐쇄 부재(9) 및 접속 수단(10a, 10b)을 포함한다. 종단 폐쇄 부재(9)는 종단 개구(8)를 완전히 커버하고 방전 용기(2)의 종단 부분(7)을 부분적으로 포위한다. 종단 폐쇄 부재(9)는, 방전 용기의 팽창 계수에 유사한 팽창 계수를 갖고 더 높은 온도 및 부식을 견딜 수 있는 밀봉제 또는 임의의 다른 접속 수단일 수 있는 제1 접속 수단(10a)에 의하여 방전 용기(2)에 가스 밀폐 접속된다. 제1 접속 수단(10a)은 방전 용기(2)의 종단 부분(7)과 종단 폐쇄 부재(9) 간에 위치된다. 또한, 관통부(5)도 제2 접속 수단(10b)에 의하여 종단 폐쇄 부재(9)에 가스 밀폐 접속되고, 이에 의해 관통부(5)는 종단 폐쇄 장치(4)의 관통 개구(12)에 배치된다. 도 3에 따른 종단 폐쇄 장치(4)의 틈(11)은 도 1에서 도시된 종단 폐쇄 장치의 틈에 비하여 훨씬 작은 부피를 갖고, 관통부(5)를 종단 폐쇄 부재(9)에 접속하기 위한 접속 수단(10b)은 전극(6)에 더 가깝게 위치된다. 그러므로, 틈(11)은 실질적으로 0으로 감소된다. 접속 수단(10b)은 접속 단계 동안 틈(11)을 채운다.
도 4에는, 제4 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)가 도시된다. 세라믹 가스 밀폐 고압 버너는 종단 폐쇄 장치(4)를 갖는다. 종단 폐쇄 장치(4)는, 종단 폐쇄 부재(9)가 도 2에 도시된 종단 폐쇄 부재에 비하여 훨씬 짧아서 틈(11)이 더 적은 부피, 이상적으로는 틈이 제2 접속 수단(10b)으로 완전히 채워진 것을 제외하고는, 도 2에 도시된 종단 폐쇄 장치(2)와 유사하다.
도 5는, 종단 폐쇄 장치(4)가 종단 폐쇄 부재를 갖지 않지만 하나의 접속 수단(10b)을 갖는, 슬립 주입(slip casting)에 의하여 성형되는 제5 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)를 도시한다. 관통부(5)는 제2 접속 부재 수단(10b)에 의해 방전 용기(2)에 직접 가스 밀폐 접속되어, 종단 개구(8)를 따른 틈(11)을 형성한다.
도 6에는, 방전 용기의 종단 부분(7)으로의 종단 폐쇄 부재(9)의 접속이 상세하게 도시된다. 종단 개구(8)를 포함하는 종단 부분(7)은 외경 d로 튜브 모양 성형된다. 종단 폐쇄 부재(9)는, 방전 용기의 종단 부분(7)의 외경 d보다 약간 더 큰 내경 D를 갖는 캡(cap)으로서 성형된다. 바깥 단면(13) 및 안쪽 단면(14)을 갖는 중심에 있는 관통 개구(12)를 포함하는 캡으로서 성형되는 종단 폐쇄 부재(9)는, 종단 폐쇄 부재(9)가 종단 부분(7)을 적어도 부분적으로 포위하도록, 종단 부분(7)을 커버한다. 종단 부분(7)과 종단 폐쇄 부재(9) 간에는 작은 틈새(clearance)가 관찰될 수 있다. 이 틈새에 제1 접속 수단(10a)이 위치된다.
도 7은 관통부(5)를 갖는 도 6에 도시된 종단 폐쇄 장치의 접속을 도시한다. 도 7에서, 관통부(5)는 종단 폐쇄 장치(4)의 관통 개구(12)에 배치된다. 관통부는 제2 접속 수단(10b)에 의해 종단 폐쇄 장치(4)의 종단 폐쇄 부재(9)에 가스 밀폐 접속된다. 이 도면에서, 접속은 레이저 용접에 의하여 실현되어, 제2 접속 수단(10b)은 용접 솔기이다. 방전 용기의 종단 부분(7)과 관통부(5) 간에 작은 갭이 관찰될 수 있다. 이 갭은 종단 부분(7)의 종단 개구(8)를 따라 틈(11)을 형성한다.
도 8 내지 도 11에는, 상이한 종단 폐쇄 부재 모양이 도시된다.
도 8은 안에 관통부를 배치할 수 있는 관통 개구(12)를 갖는 디스크 모양의 종단 폐쇄 부재(9)를 도시한다. 종단 폐쇄 부재(9)는, 튜브 모양 종단 부분(7)의 외경만큼 큰 외경을 가져서, 종단 개구(8)는 관통 개구(12)에 의하여 커버되는 부분을 제외하고는 종단 폐쇄 부재(9)에 의하여 완전히 커버된다.
도 9는 안에 관통부를 배치할 수 있는 관통 개구(12)를 갖는 코르크 모양의 종단 폐쇄 부재(9)를 도시한다. 종단 폐쇄 부재(9)는 상이한 외경을 갖는 두 개의 튜브 모양 영역을 갖고, 이에 의해 더 작은 외경을 갖는 튜브 모양 영역은 종단 개구(8)에 꼭 맞는다.
도 10은 안에 관통부를 배치할 수 있는 관통 개구(12)를 갖는 캡 모양의 종단 폐쇄 부재(9)를 도시한다. 종단 폐쇄 부재(9)는 두 개의 영역, 즉 하나의 튜브 모양 영역과 하나의 바닦 영역을 갖는다. 튜브 모양 영역은 방전 용기의 종단 부분을 적어도 부분적으로 커버할 수 있는 내경을 갖는다.
도 11은 안에 관통부를 배치하기 위한 관통 개구(12)를 갖는 튜브 모양의 종단 폐쇄 부재(9)를 도시한다. 종단 폐쇄 부재(9)의 외경은 방전 용기의 종단 부분에 꼭 맞을 수 있다.
도면 부호 목록
1 버너
2 방전 용기
3 방전 공동
4 종단 폐쇄 장치
5 관통부
6 전극
7 종단 부분
8 종단 개구
9 종단 폐쇄 부재
10 접속 수단
10a 제1 접속 수단
10b 제2 접속 수단
11 틈
12 관통 개구
13 관통 개구의 바깥 단면
14 관통 개구의 안쪽 단면
Claims (10)
- 이온화가능 충전물(ionisable filling)을 포함하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(ceramic gas tight high-pressure burner; 1)에 있어서,세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)는 3 mm3 내지 30mm3의 범위의 부피를 갖는 방전 공동(discharge cavity; 3)을 갖는 방전 용기(discharge vessel; 2)를 포함하고, 이에 의하여 방전 용기(3)의 내부 충전 압력(filling pressure)은 실온(room temperature)에서 0.1 MPa 이상, 바람직하게는 0.5 MPa 내지 4 MPa 범위인 것을 특징으로 하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너.
- 제1항에 있어서, 틈(crevice; 11)은 튜브 모양을 가질 수 있고 그리고/또는 0 mm3 이상 1.7 mm3 이하의 부피를 가지며, 바람직하게는 틈(11)은 0 mm3 내지 1.2 mm3 범위의 부피를 갖고, 가장 바람직하게는 틈(11)은 0 mm3 내지 0.3 mm3 범위의 부피를 가지며, 이에 의해 틈(11)은 방전 용기(2)를 향하는 개방 종단(open end)을 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너.
- 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)는 적어도 하나의 종단 폐쇄 장치(end closure device; 4)를 배치하고, 적어도 하나의 종단 폐쇄 장치(4)는,방전 용기(2)에 관통부(feed-through; 5)를 가스 밀폐 접속하는 적어도 하나의 접속 수단(10); 또는관통부(5)가 배치되는 적어도 하나의 관통 개구(feed-through-opening)를 갖는 적어도 하나의 종단 폐쇄 부재(end closure member; 9) - 이에 의해, 종단 폐쇄 부재(9)는 방전 용기(2)에 직접 가스 밀폐 접속되고 관통부(5)는 접속 수단(10)에 의해 종단 폐쇄 부재(9)에 가스 밀폐 접속됨 - ; 또는안에 관통부(5)가 배치되는 적어도 하나의 관통 개구(12)와, 종단 폐쇄 부재(9)를 방전 용기(2)의 종단 부분(7)에 가스 밀폐 접속하는 접속 수단(10)과, 관통부(5)를 종단 폐쇄 부재(9)에 접속하는 접속 수단(10)을 갖는 적어도 하나의 종단 폐쇄 부재(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 접속 수단(들)(10)은 밀봉제(sealant) 및/또는 용접 솔기(welding seam)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 종단 폐쇄 부재(9)는 적어도 하나의 통과 관통 개구(through-going feed-through opening; 12)를 갖고, 이에 의해 통과 관통 개구(12) 단면은 장축 방향으로 종단 폐쇄 부재(9)를 따라 변하는 것을 특징으로 하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 종단 폐쇄 장치(4)의 관통 개구(12)의 바깥 단면(13)은 관통 개구(12)의 안쪽 단면(14) 보다 크거나 같고, 바람직하게는 관통 개구는 실린더, 콘(cone), 타원, 포물선, 쌍곡선, 반구, T, 및/또는 이들의 임의의 조합의 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 종단 폐쇄 장치(4), 바람직하게는 종단 폐쇄 부재(들)(9)는 도성합금 재료(cermet material)이고, 더 바람직하게는 도성합금 재료는 변화도(gradient)를 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 방전 용기(2)의 적어도 하나의 종단 부분(7)은 접속 수단 결합력(bonding strength)을 향상시키는 층으로 적어도 부분적으로 코팅되고, 바람직하게는 상기 층은 방전 용기(2)의 종단 부분과 종단 폐쇄 장치(4) 간에 적어도 부분적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 세라믹 가스 밀폐 고압 버너.
- 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)를 포함하는 램프로서, 바람직하게는 상기 램프는 자동차 전조등 유니트(automotive headlamp unit)에 배치되는 램프.
- 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)를 제조하는 방법으로서, 세라믹 가스 밀폐 고압 버너(1)는,a) 적어도 하나의 종단 폐쇄 장치(4),b) 적어도 두 개의 관통 부재(5), 및c) 적어도 하나의 종단 개구(8)를 갖는 적어도 하나의 방전 용기(2)를 포함하고, 상기 방법은,i) 적어도 하나의 개구를 통하여 이온화가능 충전물로 방전 용기(2)를 충전하는 단계, 및ii) 상기 개구에 관통부(5)를 배치함으로써 상기 개구를 폐쇄한 후에, 관통부(5)를 종단 폐쇄 장치(4) 및/또는 방전 용기(2)에 가스 밀폐 접속하는 단계 - 이에 의해, 가스 밀폐 고압 버너(1)가 얻어짐 -를 포함하는 방법.
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